靶向蛋白降解技术理念落地,2026年会成为医学史上的里程碑式年份吗?
2026年,首款蛋白降解靶向嵌合体(PROTAC)药物获批上市,这件事具有里程碑式的意义,因为绝大多数传统药物只能“阻断”靶点,也就是让致病蛋白暂时失效,PROTAC则能彻底清除这些靶点。从单分子层面看,PROTAC药效强得多,还能完成传统药物力不能及的某些工作。用体育运动打比方:传统药物与靶点蛋白之间的对抗就像两名选手一对一搏击,有时候靶点能躲开药物的攻击;PROTAC则好比裁判,直接出示红牌,将整支靶点队伍全部罚出场。游戏规则因技术而颠覆。
传统小分子药物与抗体药物有何缺陷?
想要理解PROTAC的革命性价值,首先要认清传统药物的局限。人们日常服用的几乎所有药片,比如布洛芬,其有效成分均为小分子化合物。这些小分子依靠自身的独特结构结合特定蛋白质,进而抑制或激活这些蛋白的功能。举例来说,布洛芬可结合并抑制人体产生促炎性化学物质所需的酶。
小分子药物具有显著优势:其制备成本低廉,能穿透至细胞内部,也能穿过肠道黏膜进入血液循环,因此可制成药片口服。然而,分子尺寸太小意味着选择性差,靶向精准度不足,容易错误结合非目标蛋白,进而引发副作用。更关键的是,在许多情况下,根本无法找到能够匹配靶点蛋白的小分子抑制剂。原因如下:小分子药物要起效,必须结合靶点蛋白的活性位点,也就是其发挥功能的核心区域;而有些蛋白的活性位点结构辨识度极低,这意味着对小分子药物而言,它们属于“不可成药靶点”。
正因如此,新一代药物多为大分子制剂,其中最常见的是被称为“抗体”的蛋白质。由于分子尺寸大,抗体能以极高精度结合靶点,疗效显著,且安全性更高。其制备思路是,先诱导免疫细胞产生针对目标靶点的抗体,然后从中挑选出最好的一个。这一过程听起来似乎很简单,但要知道,从思路到成熟技术的实现可是历经了数十年。
抗体药物有什么缺点吗?当然,问题主要来自两方面。其一,它们只能通过活细胞制备,因此生产成本极高。其二,由于分子过大,无法穿过肠道,因此只能通过注射方式给药;即便进入血液循环,它们也难抵达细胞内部。也就是说,虽然理论上抗体可以锁定许多不可成药靶点,但这些靶点大多藏在细胞内,所以能逃脱制裁。
另一点需要提及的是,小分子药物与抗体药物都遵循一对一作用模式:必须直接和靶点接触才能发挥药效。PROTAC的作用机制则完全不同。
那不是垃圾站,那是PROTAC的来时路
简单来说,PROTAC会给细胞内的致病蛋白贴上“需要回收”的标签;仅一个PROTAC分子,就能标记并清除几十个乃至上百个同类致病蛋白。最为关键的是,它们的任务并非阻断或激活目标蛋白,因此能否结合活性位点并不重要,目标蛋白上的任意位点均可附着!这使得大量不可成药靶点变得可靶向、可治疗。
1998年,克雷格 · 克鲁斯(Craig Crews)与雷蒙德 · 德沙耶斯(Raymond Deshaies)在一场学术会议上相识,由此萌生了关于PROTAC的构想。彼时二人已知,细胞内存在“废物处理工厂”,也就是蛋白酶体,专用于分解、回收有缺陷或多余的蛋白质;同时他们也知道,这些蛋白质上贴有“需要回收”的标签——由几个泛素分子串成的一条短链。泛素是一种存在于所有真核生物体内的小蛋白,通常来说,4个及以上泛素分子串联形成的多聚泛素链,可作为降解标记,被蛋白酶体识别并启动降解过程。
给某个致病蛋白贴上泛素标签,不就能借蛋白酶体之力消灭它了吗?
思路很清楚,可具体如何实现呢?正常情况下,泛素标记由E3泛素连接酶添加至指定蛋白。克鲁斯与德沙耶斯大胆猜想:或许可以设计一种能同时结合E3连接酶与致病蛋白的分子,以拉近二者距离,从而给靶点打上回收标签。
短短几年,他们就证实这种方案切实可行,并将设计出的分子命名为“蛋白降解靶向嵌合体”。
从实验室到临床试验再到FDA批准
克鲁斯后来接受采访时表示,初代PROTAC技术仅停留于实验室阶段,因为分子体积过大,只能直接注射至细胞,完全不具备成药条件。
2008年,他着手开发小分子型PROTAC。这项尝试难度极大,因为传统小分子药物只需要结合单一靶点,而PROTAC小分子必须同时绑定靶点蛋白与E3连接酶。尽管他最终制备出具有小分子药物特性的PROTAC,但其尺寸依旧略大于传统小分子药物,故被称为“大型小分子”。
2013年,克鲁斯信心十足地创立了生物技术公司Arvinas。该企业初期的研发策略较为保守,并未直接挑战不可成药靶点,而是聚焦癌细胞内的雌激素受体和雄激素受体。在某些类型的乳腺癌中,肿瘤生长依赖雌激素受体;目前已有多款靶向这些受体的药物,但患者长期使用可能导致耐药性。
肿瘤产生耐药性的核心机制之一是癌细胞过度表达受体。当受体过多,即便药物剂量增至人体耐受极限,也无法完全阻断所有受体分子,而这正是传统药物一对一作用模式的瓶颈所在。与之相对的是,PROTAC疗法就不受受体数量限制,它能借助蛋白酶体尽数降解目标。
2026年5月,Arvinas公司与辉瑞联合研发的PROTAC新药Vepdegestrant获美国食品药品管理局(FDA)批准上市。相关临床试验结果显示,晚期乳腺癌(癌细胞已扩散至全身)患者接受Vepdegestrant治疗后,其生存期是使用传统药物患者的两倍以上。
克鲁斯将此次获批视作行业里程碑。他指出,“靶向蛋白降解”这一技术理念早已引发广泛关注,目前全球约有百家企业布局该赛道,正在进行的相关临床试验有近80项。Vepdegestrant的成功将进一步加速该领域的发展,推动更多企业挑战不可成药靶点。
一石激起千层浪
科学家正努力探索PROTAC的各种变体。举例来说,克鲁斯就探索出了“调控诱导邻近靶向嵌合体”(RIPTAC)这一变体形式。RIPTAC技术利用PROTAC型分子,将“癌细胞内的高表达蛋白”和“细胞生存所必需的蛋白”连接在一起,这一操作能同时阻断两种连接蛋白的功能,最终杀死恶性肿瘤细胞。RIPTAC在针对前列腺癌的初期试验中表现出色,因此美国制药巨头强生公司收购了这项技术。
显然,PROTAC并非唯一贯彻“从源头上阻止问题蛋白生成”理念的前沿性治疗技术。近在眼前的例子包括CRISPR基因编辑和表观遗传编辑技术,它们同样前景广阔,但也各有局限。克鲁斯指出,这类技术涉及大分子,因此药物递送存在难点;另外,它们无法清除细胞内已有的致病蛋白,而这在某些情况下至关重要。“相比之下,实验证明PROTAC可于两小时内降解细胞内半数的目标蛋白。”
我们有理由期待,未来将涌现各式各样基于PROTAC技术的新型疗法,最终惠及全球数十亿病患。
资料来源 New Scientist
